超偏超重检测系统的设计与实现毕业设计(编辑修改稿)

超偏超重检测系统的设计与实现毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

....................................................................................... 45 东北大学毕业设计（论文） 第 1章 引言 1 第 1章 引 言 课题研究的背景和来源 铁路作为国民经济的大动脉，铁路货运在现代物流体系中发挥着重要作用，为了能更好的为国民经济持续快速的发展提供运力，保证铁路货运的安全，对火车安全系数的检测显得尤为重要。 随着电子技术的快速发展，特别是大规模集成电路的产生而出现的微型机，使现代 科学研究得到了质的飞跃，而嵌入式微控制器技术的出现则是给现代工业控制领域带来了一次新的技术革命。 超偏超重检测系统就是基于嵌入式系统的开发，满足现代铁路货运检测的嵌入式新产品。 同其他计算机技术一样，嵌入式也是在硬件和软件交替发展的双螺旋支撑下逐渐趋于稳定和成熟的。 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。 它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控 制、监视或管理等功能 [1]。 嵌入式系统的特点：嵌入式系统功耗低、体积小、专用性强。 嵌入式系统与PC的最大不同就是嵌入式 CPU 大多工作在为特定用户群的系统中，能够把 PC 中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化。 为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中，而不是存储于磁盘等载体中。 嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，系统要精简。 操作系统一般和应用软件集成在一起。 对软件代码质量要求很高，应该尽最大可能避免“死机”的发生。 嵌 入式系统开始需要专门的开发工具和开发环境。 嵌入式系统一般指非 PC 系统，它包括硬件和软件两部分。 硬件包括处理器／微处理器、存储器及外设器件和 I／ O端口、图形控制器等。 软件部分包括操作系统软件（ OS）（要求实时和多任务操作）和应用程序编程。 有时设计人员把这两种软件组合在一起。 应用程序控制着系统的运作和行为；而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用 [5]。 东北大学毕业设计（论文） 第 1章 引言 2 嵌入式控制器的应用几乎无处不在 :移动电话、家用电器、汽车 „„ 无不有它的踪影。 嵌入 式 控制器因其体积小、可靠性高、功能强、灵活方便等许多优点 ,其应用已深入到 工业、农业、教育、国防、科研以及日常生活等各个领域 ,对各行各业的技术改造、产品更新换代、加速自动化化进程、提高生产率等方面起到了极其重要的推动作用。 嵌入式计算机在应用数量上远远超过了各种通用计算机 ,一台通用计算机的外部设备中就包含了 5 10 个嵌入式微处理器。 在制造工业、过程控制、网络、通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、消费类产品等方面均是嵌入式计算机的应用领域。 嵌入式系统工业是专用计算机工业 ,其目的就是要把一切变得更简单、更方便、更普遍、更适用。 通用计算机的发展变为功能电脑 ,普遍 进入社会 ,嵌入式计算机发展的目标是专用电脑 ,实现 “ 普遍化计算 ”, 因此可以称嵌入式智能芯片是构成未来世界的 “ 数字基因 ” [7]。 课题研究成果应用的实际意义 铁路行车安全是铁路运输工作的重中之重。 铁路部门将防止货物 三重一超两脱一开 (超重， 偏重 ,集重。 超限。 货物脱落 ,蓬布脱落。 车门开放 )作为确保行车安全的重要工作常抓不懈 ,通过明确岗位责任制 ,强化作业现场管理等方法 ,但是由于历史原因 ,铁路现有的货运货物计量一直采用比较原始的计量方式 :整车货物以件计算 ,散装货物通过测定其密度来确定装载高度 ,这些办法非常不准确 ,因而 ,货运列车因为超 重、 偏载而引起断轴 、 切轴 、 爬轨和列车颠覆事故时有发生 ,引起的事故骇人听闻 ,极大地影响着铁路运输的安全和铁路的整体形象 ，超偏超载近年来成为影响铁路行车安全的重要因素 ， 如果能方便 ,准确 ,有效 ,及时地检测列车 超偏超重 问题 ,便可极大限度地预防此类事故的发生 ,因此铁路车辆超偏超 载检测 对 铁路运输有着极其重大的意义。 由于铁路车辆检测具有重大意义，在超偏超重检测方面有很多方法，最常见的有 轨道衡方法。 固定式轨道衡测量方法只具有简单的静态称重功能 ,投资大且需要专门的称重地点 ,不能检测出偏载 ,而且 由 于安装要求 和成本较高 ,无法大量采用 ,使应用受到很大的局限性。 嵌入式的发展极大推动了计算机技术和计算机产业的发展，使计算机与各个领域完美结合，所以将计算机技术与铁路检测结合起来，将检测算法以计算机软件形式经过嵌入式开发应用到现在铁路检测当中。 本课题研究的系统，是通过嵌入式系统，将超偏超生检测算法通过程序移植到 ARM 机上，系统通过检测人员的信息选择及数据采集，并进行数据的计算、保东北大学毕业设计（论文） 第 1章 引言 3 存、打印，将计算得到的结果与车厢标重比较，实现对车厢超偏超重的检测。 本文的内容及主要工作 本文在分析介绍了嵌入式系统相关技术，基于铁 路检测系统的需求特点，完成嵌入式检测系统的设计，实现对车厢超偏超重的检测。 各章的内容组织如下： 第 2章介绍了 嵌入式 Linux 开发环境 、 QT系统 、 交叉编译 技术。 第 3章分析了系统的开发环境，利用用例建模分析系统的功能需求， 并且根据实际情况补充了部分需求，提出了非功能性需求。 第 4章 对系统进行 总体设计， 对检测系统的各个窗口进行设计，包括 login、mainDlg、 measure 、 myquery、 disquery、 browse4print、 print、 upload、 key，并画出个别窗口的类图。 第 5章 通过流 程图介绍了开始检测、计算打印、查询修改、联机上传四个模块的实现，并简单系统的工作流程。 第 6章介绍了利用工具进行测试的情况，并对出现的错误进行了分析解决。 第 7 章结论部分是对整个论文工作的总结以及下一步工作的展望，指出我们工作中有待改进的地方，同时指明了下一步的研究方向。 东北大学毕业设计（论文） 第 1章 引言 4 东北大学本科毕业设计（论文） 第 2 章 相关技术简介 5 第 2章 相关技术简介 嵌入式 Linux 开发环境 由于嵌入式系统本身相对于 PC 来说资源的缺乏，可能嵌入式设备上根本没有标准显示终端或者标准键盘，因此也就不可能在嵌入式设备上直接进行程序编制，即嵌入式系统本身不具备自举开发能力，只能先在 PC 上完成 程序编写、编译、链接，之后把可执行程序下载到嵌入式设备上运行。 通常采用宿主机 +目标机的交叉调试方式。 宿主机就是安装有嵌入式 linux 开发环境的 PC 机，可以利用它强大的功能资源高效地完成目标系统的开发。 嵌入式开发通常需要有交叉编译、调试等系列工具、目标板的编程下载工具、目标处理器及平台的整个内核源码树等。 可以自己去组建、移植所有的一切 [8]。 QT 系统 QT 是一个支持多操作系统平台的应用程序开发框架，它的开发语言是 C++。 QT最初主要是为跨平台的软件开发者提供统一的、精美的图形用户编程接口，但是现在它也提供了 统一的网络和数据库操作的编程接口 [12,13,14]。 QT 是以工具开发包的形式提供给开发者的，这些工具开发包包括了图形设计器、 Makefile 制作工具、字体国际化工具和 QT 的 C++类库等。 谈到 C++类库我们自然会想到 MFC。 QT 的类库等价于 MFC 的开发库，但是 QT 的类库是支持跨平台的类库，也就是说 QT 类库封装了适应不同操作系统的访问细节，这是 QT 的魅力所在。 目前 QT 支持的操作系统平台包括： MS/Windows 9 9 20 XP 和 Vista Unix/Linux 和很多其他 X11 平台； Macintosh Mac OS X； Embedded 有帧缓冲 (framebuffer)支持的 Linux 平 台， Windows CE[10]。 QT/Embedded 开发环境 QT/Embedded 是一个为嵌入式设备上的图形用户接口和应用 开发而定制的C++工具开发包。 通常可以运行在多种不同的处理器上部署的嵌入式 Linux 操作系统上。 此外， QT/Embedded 还包括了几个提高开发速度的工具。 一般来说，属于 QT/Embedded 开发的应用程序最终会发布到安装有嵌入式Linux 操作系统的小型设备上，所以使用装有 Linux 操作系统的 PC 或者工作站东北大学本科毕业设计（论文） 第 2 章 相关技术简介 6 来完成 QT/Embedded 开发当然是最理想的环境，尽管 QT/Embedded 也可以安装在UNIX 和 Windows 系统上 [13]。 QT 的优势 QT 同 X Window 上的 Motif， Openwin， GTK 等图形界面库和 Windows 平台上的 MFC， OWL， VCL， ATL 是同类型的东西，但是 QT 具有下列优点 : (1)优良的跨平台特性 : QT 支持下列操作系统 : Microsoft Windows 95/98，Microsoft Windows NT， Linux， Sun OS， HPUX，等等。 (2)面向对象： QT的良好封装机制使得 QT的模块化程度非常高，可重用性较好，对于用户开发来说是非常方便的。 QT 提供了一种称为 signals/slots 的安全类型来替代 callback，这使得各个元件 之间的协同工作变得十分简单。 (3)丰富的 API ： QT 包括多达 250 个以上的 C++ 类，还提供基于模板的 collections， serialization， file， I/O device， directory management，date/time 类 ,甚至还包括正则表达式的处理功能。 Qtopia Qtopia 是为采用嵌入式 Linux 操作系统的消费电子设备而开发的综合应用平台 , Qtopia 包含完整的应用层、灵活的用户界面、窗口操作系统、应用程序启动程序以及开发框架。 交叉编译开发环境 程序设计需要开发环境的支持。 根据运行平台的不同，开发环境分为本地开发环境和交叉开发环境，交叉开发环境又可分为开放型以及商业型两大类。 需要交叉开发环境的支持是嵌入式应用软件开发的一个显著特点，交叉开发环境是指编译、链接、和调试嵌入式应用软件的开发环境，与运行嵌入式应用软件的环境有所不同，通常采用宿主机 +目标机 [6]。 高 级 语 言 编 写 的源 文 件主 机 系 统目 标 处 理 器 汇 编语 言 编 写 的 源 文件交 叉 编 译 器交 叉 汇 编 器目 标 文 件目 标 文 件链 接 器二 进 制 可 执行 文 件目标系统 图 交叉编译过程 东北大学本科毕业设计（论文） 第 2 章 相关技术简介 7 本章小结 本章等待先对嵌入式 Linux 开发环境进行了简单介绍，以及当今嵌入式开发流行的原因；介绍了 QT 系统、如何建立 QT/Embedded 开发环境、 QT 的优势以及Qtopia 开发平台；同时介绍了交叉编译开发环境。 东北大学本科毕业设计（论文） 第 2 章 相关技术简介 8 东北大学本科毕业设计（论文） 第 3 章 需求分析 9 第 3章 需求分析 软件 需求分析 所要做的工作是深入描述软件的功能和性能，确定 软件设计 的限制和软件同其它系统元素的接口细节，定义软件的其它有效性需求。 它的主要用途是明确系统需求，是用户和开发人员之间进行讨论的基础，并作为系统设计、实现以及测试的依据。 只有准确全面的需求获取与分析才能保证系统设计、系统实现的顺利进行，为后期测试提供必要的支持。 系统实现目标 在火车载重检测过程中，首先分别在空 /重（ K/Z）情况下，对火车车厢四轴弹簧压缩情况进行测量，数据采集、录入、保存 ，通过系统计算，将计算结果与标重（ BZ）比较，检测车辆是否超偏超重。